一、国内外发展现状

水轮机调速器是水电站重要控制设备之一，它是水轮发电机组的核心部分，它控制水轮发电机组的发电频率、机组效率及工况。解放初期，我国水轮机调速器事业一片空白，几乎从零开始，大部分产品从苏联购买，少量制造亦是照搬苏联图纸生产。50～60年代，我国水轮机调速器大部分系机械液压型调速器。在“大跃进”年代，当时的水利水电科学研究院、哈尔滨工业大学、哈尔滨电机厂等单位曾联合研制了我国第一台电子管电液调速器，并安装在广东从化流溪河水电站运行了一段时间。60年代初，当时的水利水电科学研究院、天津电气传动设计研究所、长江流域规划办公室等单位联合研制了我国第一台晶体管电液调速器，并在湖北陆水试验电站运行了相当长一段时间。70年代至80年代初，新建的大中型水电站较多地采用了电子管、晶体管或小规模集成电路电液调速器，一些小型水电站也少量采用了电液调速器，此阶段可算是机械液压调速器与电气液压调速器并重。但电气液压调速器由于所选用的主要电子元件/组件质量不过关，其长期使用的可靠性普遍较低。

我国水轮机调速器的快速发展是从80年代初开始的，由于改革开放和科技进步，国内有关科研单位、高等院校及制造部门为提高调速器的运行可靠性与调节品质，开始研制微机调速器。华中科技大学、电力自动化研究院（能源部南京自动化所）、天津电气传动设计研究所、中国水利水电科学研究院、长江流域规划办公室等单位相继开展了以微处理器为核心的电液调速器的研制。华中科技大学自1981年底开始研制适应式变参数并联PID微机调节器，1984年11月在湖南欧阳海水电厂投入运行。1989年与天津传动设计研究所、湖南水科所、武汉水电控制设备公司及天津水电控制设备厂共同研制的WT-S双微机调速器通过产品鉴定，并投入小批量生产，微机调节器以Z-80单板机为硬件核心，两台微机配以相同功能的测频、CPU、D/A及A/D模块，双微机互为备用，采用适应式变参数PID调节模式，较好地满足了电站运行要求，但与外国产品相比，因我国基础工业水平的制约，整机硬件可靠性较低，性能一致性与长期运行的稳定性难以保证。90年代以来，随着可编程控制器（PLC）技术的不断完善，各单位相继开展了将可编程控制器应用到调速器中的研究工作。华中科技大学分别与有关单位合作开发不同品牌的PLC微机调节器，首台调节器于1993年5月在欧阳海水电厂投入运行。目前，PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。现在由于在水轮机调速器中广泛采用电子技术、液压技术和自控技术的最新技术成果，使现代水轮机调速器的面貌焕然一新。

现代水轮机调速器由两部分组成：电子调节控制器和液压随动系统。电子调节控制器根据水轮机的工况和电网调节指令决定水轮机导叶轮的开度，液压随动系统则根据电子调节控制器的输出信号，将控制液缸移至相应的位置，最终达到控制水轮机组转速，稳定电网频率的目的。自动控制回路采用一个流量较小的比例阀和一个流量较大的电磁开关阀并联，当位置误差较大时比例阀和开关阀同时工作，当位置误差较小时由比例阀单独工作，将液压缸控制到位并获得足够的位置精度。表一详细列举了七种电液调速器技术特点。表一详细列举了七种电液调速器技术特点。

1.1国外发展现状

国外主要调速器产品的特点：美国GE（原WOODWARD公司）采用三机表决系统，其余均为单机系统（按中国用户要求提供双机系统除外），产品质量性能稳定、可靠性高。除ALSTOM、HYDRO VEVEY SA两公司采用串联PID结构外，其余均采用并联PID结构；PID参数均按空载、孤立网运行、大网运行三种工况给定。微机更新升级快，均采用32位微机，速度快、容量大，为扩展调速器功能创造了条件。具有较强的诊断及容错功能和较强的抗干扰能力。增加智能化功能，如VOITH公司500系列产品机组启动加速控制。

1.2国内发展现状

近年来我国许多学者也对水轮机调速器系统各个方面进行了研究。金波发表的新型水轮机调速器液压控制系统^[2]的研究，在传统水轮机调速系统上对液压系统进行了改进，它采用电气、液压反馈，取消了杠杆机构, 液压系统集成化程度高, 使布管大为减少。采用高性能电液比例阀取代伺服阀作为电液转换器件，并且主接力器、主配压阀、自动跟踪阀阀芯、阀套的位移均有电传感器信号输出、完全省略杠杆反馈机构, 结构简单, 无间隙影响, 提高了控制精度且可靠性好。刘长青 梁长志 李彦田发表了水轮机调速器液压控制系统的设计与应用^[3]，介绍了为了简化调速器机械液压结构 ,消除机械死区和零点漂移,提高系统抗油污能力 ,研制了一种供调速器使用的旋转配压阀，并以此阀为基础 ,构造了一个步进式电液随动系统，采用电气，液压控制来实现各种功能，调速器采用全液压形式。该系统改善了调速器液压系统的结构性，优化系统性能，能满足电站综合自动化的要求。严添明的关于水轮机调速器并联型液压控制系统的设计^[6]，介绍了新型水轮机调速器并联型液压控制系统结构和单片机数字 PD 控制系统软硬件的组成，新型的水轮机调速器采用比例开关阀并联水轮机调速器液压控制系统。涉及液压传动、电气和微处理器等多项技术。由于计算机技术日益广泛的应用 ,用计算机对电液控制系统进行实时控制是现代自动控制技术的重要发展方向之一。数字阀可直接与计算机接口，不需 D/ A 转换 ,已在工业自动控制领域里得到应用。近几年 ,数字阀在一些电站的水轮发电机组调速系统中也得到了应用。林昌杰，彭宽平发表的电液数字阀在水轮机调速系统中的应用^[13]中叙述了采用脉宽调制原理控制的高速开关型电液数字阀的原理和基本特征 ,介绍了采用电液数字阀的水轮发电机组调速系统的工作原理、主要组成部分、主要技术参数和主要特点。杨惠生等对水轮机调速器进行了仿真研究，在所发表的水轮机调速系统动态特性试验、仿真及现场应用^[14]中阐述了水轮机调速系统动态特性试验的目的和方法，同时介绍了 /012,型电厂综合测试和仿真系统的应用效果。在对于水轮机调速器系统的元件选型和研究设计方法上在这几十年来有很大的进步，随着科技的发展而进步。

2. 研究的基本内容与方案

二、与选题有关的调研报告

通过大量查阅与选题有关的国内外文献和老师的讲解，和在进行生产实习后，本人了解了水轮机调速器的发展历程、应用情况以及发展趋势，对本选题有了较全面的认识。

实习时间：2018.09

实习地点：湖北武汉市 上海市

实习单位：上海外高桥造船有限公司、升旭液压系统有限公司、万福乐（上海）液压系统有限公司、伊顿流体动力(上海)有限公司、中铁科工集团江夏基地、武汉船用机械厂等。

主要收获：通过三、四周的实习我对液压气动有了更多的理解，认识了很多液压和气动元件，而且也了解了这些元件的用途，熟知了它们的工作原理以及构成的回路图的作用。通过工厂工程师讲解元件及系统的结构设计方法和实际要求，参观元件和系统实物，动手拆装实物，看实际设计图，工厂工程师讲解元件及系统的工艺设计方法和实际要求，参观元件的加工过程及工艺方法，看实际加工工艺及设计图纸，与现场工程技术人员座谈，了解了专业实际发展状况和要求，积累了实际工作经验。对液压元件与系统有了更深刻理解，看到理论知识在实践中得到运用，加深了对液压行业的理解与兴趣。液压与气压传动在现在的工业领域应用的非常广泛，一定程度上，他们是现代企业当中必不可少甚至到了主导的地位。